BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH Nguyễn Thị Tố Linh NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ TỪ
CỐNG XẢ NGUYỄN BIỂU, QUẬN 5, TP.HCM TRÊN
MÔ HÌNH AEROTEN Chuyên ngành: Vi sinh vật học
Mã số : 60 42 40
LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS. TS. LƯƠNG ĐỨC PHẨM
cứu xử lý nước thải đang được triển khai rộng rãi nhằm kiểm soát tình hình ô nhiễm nước, có rất nhiều
giải pháp xử lý nước được nghiên cứu và đã ứng dụng thành công ở nhiều nơi. Một trong những giải
pháp xử lý nước thải đô thị đang được áp dụng rộng rãi hiện nay là xử lý
nước thải bằng biện pháp sinh
học trong điều kiện hiếu khí nhân tạo. Nhằm góp phần giảm thiểu ô nhiễm nước thải đô thị ở địa bàn
Tp.HCM, đề tài triển khai “Nghiên cứu xử lý nước thải đô thị từ cống xả Nguyễn Biểu, quận 5,
Tp.HCM trên mô hình aeroten” với mong muốn góp phần nhỏ bé vào việc làm sạch nước thải của
thành phố và làm cho môi trường sống của chúng ta trong lành hơn.
Mục tiêu nghiên cứu
- Đánh giá mức độ ô nhiễm của nước thải đô thị từ khu dân cư thông qua các thông số mô
i
trường.
- Nghiên cứu quá trình làm sạch các chất hữu cơ dễ phân hủy trong nước thải sinh hoạt bằng vi
sinh vật ở khu vực khu dân cư hai bên đường Nguyễn Biểu thải nước thải vào cống xả chung Nguyễn
Biểu, quận 5, thành phố Hồ Chí Minh và bước đầu xử lí chất bẩn chứa N và P bằng phương phá
p bùn
hoạt tính dựa trên mô hình aeroten.
- Đánh giá chất lượng nước sau khi xử lý thông qua các thông số môi trường.
Ý nghĩa của đề tài
* í nghĩa khoa học
Quá trình xử lý nước thải đô thị bằng phương pháp bùn hoạt tính hiếu khí trong điều kiện nhân
tạo đã được nghiên cứu từ rất lâu, thích hợp với các loại nước thải có BOD < 500mg/l. Nước thải sau
xử lý thường phân hủy được một lượng lớn các chất hữu cơ nhờ các vi sinh vật có sẵn trong nước thải,
lượng BOD thường giảm từ 90-95%, đảm bảo đủ tiêu chuẩn thải ra môi trường tự nhiê
n.
* Ý nghĩa thực tiễn
Nước thải đô thị thường bị ô nhiễm bởi các chất hữu cơ dễ phân hủy, do đó công nghệ xử lý
nước thải bằng aeroten rất phù hợp, xử lý tốt nước thải. Hiện nay, ở nước ta nhiều nhà máy và các khu
đô thị xử lý nước thải đang áp dụng công nghệ này.
1.1.2 Nước thải công nghiệp
Nước thải công nghiệp hay còn gọi là nước thải sản xuất. Là nước thải từ các nhà máy, xí
nghiệp sản xuất công nghiệp, thủ c
ông nghiệp, giao thông vận tải…
Nước thải công nghiệp không có đặc điểm chung mà tùy thuộc vào các quy trình công nghệ của
từng loại sản phẩm.
Nước thải công nghiệp thường chứa một lượng lớn các chất độc hại như kim loại nặng, các hợp
chất độc, các hợp chất hữu cơ bền vững khó tan… và nếu các nhà máy xí nghiệp không xử lí nước thải
trước khi xả vào m
ôi trường thì sẽ gây ô nhiễm nghiêm trọng nguồn nước và ảnh hưởng đến khả năng
tự làm sạch nguồn nước. 1.1.3 Nước mưa hay nước chảy tràn trên mặt đất
Loại nước thải này ít bẩn nhất. Chủ yếu là nước mưa đợt đầu sau khi rơi xuống mặt đất, chứa
nhiều tạp chất vô cơ, hữu cơ như cát, bụi, rác, phân súc vật trên đường phố cùng với vi si
nh vật trong
công trình cấp thoát nước theo nước chảy tràn.
1.1.4 Nước thải đô thị
Nước thải đô thị là một thuật ngữ chung chỉ chất lỏng trong hệ thống cống thoát của một thành
phố. Đó là hỗn hợp của các loại nước thải kể trên, thường có khoảng 50 – 60% nước thải sinh hoạt.
1.2 Các chỉ tiêu đánh giá mức độ ô nhiễm của nước thải [10, 13, 22, 23, 32 ]
1.2.1 Hàm lượng các chất rắn
Tổng chất rắn trong nước thải bao gồm các chất rắn nổi, lơ lửng, keo và tan. Chất rắn ở trong
nước làm trở ngại cho việc sử dụng và lưu chuyển nước, làm giảm chất lượng nước sinh hoạt và sản
xuất, gây trở ngại cho việc nuôi trồng thủy sản.
Tổng chất rắn là thà
nh phần vật lý đặc trưng quan trọng nhất của nước thải, được xác định bằng
trọng lượng khô phần còn lại sau khi cho bay hơi 1lít nước trên bếp cách thủy rồi sấy khô ở 103
0
Nhu cầu oxi sinh hóa là lượng oxi cần thiết để oxi hóa các chất hữu cơ có trong nước bằng vi
sinh vật hoại sinh, hiếu khí (chủ yếu là vi khuẩn). Quá trình này gọi là quá trình oxi hóa sinh học.
Quá trình được tóm tắt:
Chất hữu cơ + O
2
CO
2
+ H
2
O + tế bào mới + sản phẩm cố định
Vi khuẩnQuá trình này đòi hỏi thời gian dài ngày, vì phải phụ thuộc vào bản chất của chất hữu cơ, các
chủng giống vi sinh vật, nhiệt độ nguồn nước, một số chất có độc tính trong nước… Bình thường 70%
nhu cầu oxi được sử dụng trong 5 ngày đầu, 20% trong 5 ngày tiếp theo, 99% ở ngày thứ 20 và 100% ở
ngày thứ 21.
Trong kĩ thuật môi trường, chỉ tiêu BOD được dùng rộng rãi để:
+ Tính gần đúng lượng oxi cần thiết oxi hóa các chất hữu cơ dễ phân hủy có trong nước thải.
+ Xác định kích thước các công trình xử lí.
+ Xác định hiệu suất xử lí của một số quá trình
+ Đánh giá chất lượng nước sau khi xử lí đư
ợc phép thải vào các nguồn nước.
1.2.4 Chỉ số COD - Nhu cầu oxi hóa học
Nhu cầu oxi hóa học được dùng rộng rãi để biểu thị hàm lượng chất hữu cơ trong nước thải và
mức độ ô nhiễm nước tự nhiên.
Nhu cầu oxi hóa học là tổng lượng oxi cần t
H
+
Khi kết hợp chỉ số COD và chỉ số BOD
5
người ta biết được phần chất hữu cơ có thể phân hủy
sinh học.
i = BOD
5
/ COD 0<i<1
Giá trị i càng gần 0 thì phần chất hữu cơ không bị phân hủy sinh học càng lớn. Ngược lại, giá trị
i càng gần 1 thì phần chất hữu cơ bị phân hủy sinh học càng lớn.
1.2.5 Hàm lượng nitơ (N)
Trong nước thải, các hợp c
hất chứa N thường là các hợp chất protein và các sản phẩm phân hủy:
amon, nitrat, nitrit. Chúng có vai trò quan trọng trong hệ sinh thái nước, đặc biệt là trong nước thải,
mối quan hệ giữa BOD
5
với N và P có ảnh hưởng rất lớn đến sự hình thành và khả năng oxi hóa của
bùn hoạt tính. Vì vậy, trong xử lí nước thải người ta cần xác định chỉ số N tổng.
Ngoài ra, người ta còn xác định các chỉ số N- NH
3
, NO
3
-
và NO
2
-
để đánh giá mức độ và giai
đoạn phân hủy chất hữu cơ chứa Nitơ trong nước thải, đồng thời đề ra các biện pháp khử nitrat nếu quá
lượng cho phép và tạo điều kiện cho vi khuẩn nitrat hóa hoạt động chuyển về dạng Nitơ phân tử.
Trong ruột người, động vật có vú khác không kể lứa tuổi có những nhóm vi sinh vật cư trú, chủ
yếu là vi khuẩn. Các vi khuẩn này thường có ở trong phâ
n.
Vi khuẩn đường ruột gồm 3 nhóm:
- Nhóm Coliform đặc trưng là Escherichia coli ( E.coli).
- Nhóm Streptococcus đặc trưng là Streptococcus faecalis.
- Nhóm Clostridium đặc trưng là Clostridium perfringens.
Trong các nhóm vi sinh vật ở trong phân người ta thường chọn E.coli làm vi sinh vật chỉ thị cho
chỉ tiêu vệ sinh với lí do:
- E.coli đại diện nhóm vi khuẩn quan trọng nhất trong việc đánh giá mức độ vệ sinh và nó có đủ các
tiêu chuẩn lí tưởng cho vi sinh vật chỉ thị.
- Nó có thể đư
ợc xác định theo các phương pháp phân tích vi sinh vật học thông thường ở các
phòng thí nghiệm.
Việc xác định coliform dễ dàng hơn các nhóm vi sinh vật khác vì việc xác định các nhóm vi
sinh vật khác phức tạp hơn.
1.3 Nước thải đô thị
Tính gần đúng, nước thải đô thị thường gồm khoảng 50 - 60% là nước thải sinh hoạt, 14% là các
loại nước thấm (nước mưa hay hay nước vệ sinh đường phố) và 26 - 36% là nước thải sản xuất. Lưu
lượng nước thải đô t
hị phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện khí hậu và các tính chất đặc trưng của thành
phố.
1.3.1 Đặc điểm của nước thải đô thị [ 3, 5, 13, 25, 32]
Nước thải đô thị là hỗn hợp phức tạp thành phần các chất, trong đó chất bẩn hữu cơ thường tồn
tại dưới dạng không hòa tan, dạng keo và dạng hòa tan. Thành phần, tính chất nước thải đô thị phụ
thuộc vào nhiều yếu tố (điều kiện tự nhiên, tập quán sinh hoạt, mức sống, cá
c lĩnh vực sản xuất công
nghiệp…) và được xác định bằng các chỉ tiêu hóa lí vi sinh nước thải.
chung cho thoát nước mưa, nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp, nước thải y tế, rác thải…
nhưng không có các hệ thống xử lý nước thải tập tr
ung nên đa số lượng nước thải được xả thẳng ra
kênh rạch, sông ngòi mà không qua xử lý. Thêm vào đó, hệ thống thoát nước được xây dựng qua các
thời kì đã cũ kĩ, lại không được tu sửa đồng bộ mà chỉ mang tính chắp vá nên cứ vào mùa mưa là lượng
nước bẩn lại tràn lên đường phố ảnh hưởng đến môi trường sống của người dân. Theo thống kê, chỉ
khoảng 50% -60%
dân số thành phố Hồ Chí Minh được sử dụng các hệ thống thoát nước, tỷ lệ này ở
Hà Nội và Hải Phòng là 35% - 40% và còn thấp hơn nữa ở các thành phố khác. Nước thải của thành
phố Hà Nội mới có khoảng 5% được xử lý.
Trong số 82 khu công nghiệp mới trên toàn quốc, chỉ có khoảng 20 khu công nghiệp có trạm xử
lý nước thải tập trung như các khu công nghiệp Bắc Thăng Long, Nội Bài ở Hà Nội; khu công nghiệp
Nomura ở Hải Phòng; khu công nghiệp Việt Nam - Singapore ở Bình Dương…
Theo khảo sát năm 2002, 90% doanh nghiệp không đạt yêu cầu về tiêu chuẩn nước thải xả ra
môi trường, 73% doanh nghiệp không có các hệ thống xử lý
nước thải, 60% số công trình xử lý nước
thải hoạt động vận hành nhưng không đạt tiêu chuẩn cho phép thải xả. Đa số các cơ sở sản xuất nhỏ tự
phát và các làng nghề đều không có hệ thống xử lý nước thải mà thải xả trực tiếp ra mương, rạch, ao
hồ, sông ngòi gây ô nhiễm nghiêm trọng, ảnh hưởng đến sức khỏe của người dân.
Thêm
nữa, nước thải bệnh viện là loại nước thải đặc biệt, thường ô nhiễm nặng gấp tiêu chuẩn
thải nhiều lần, nhất là các loại vi khuẩn gây bệnh. Trên cả nước cũng chỉ có 1/3 số bệnh viện có hệ
thống xử lý nước thải nhưng chủ yếu tập trung ở trung ương, tỉnh còn các bệnh viện huyện hầu như
không c
ó hệ thống xử lý nước thải.
Các dòng sông trên khắp cả nước, nhất là những nơi tập trung nhiều các khu công nghiệp, đang
quằn quại do nước thải. Sông Thị Vải với nước thải của Vedan và các xí nghiệp bên dòng sông đang
làm cho dòng sông “chết”, sông Cầu,sông Đáy, sông Nhuệ và nhiều dòng sông khác đang kêu cứu!
Như vậy, vấn đề sử dụng nước, tiêu thoát nước và xử lý nước thải hiện na
y đang trở nên hết sức
Tokyo (Nhật Bản) mới đây có khảo sát đánh giá về tình hình ô nhiễm do Mn, sắt và Coliforms trên
sông Sài Gòn, với kết luận nồng độ Mn tổng và sắt tổng vượt quá tiêu chuẩn dành cho nước mặt loại A,
p
H
đạt tiêu chuẩn nước loại B (5,5 - 9), chỉ tiêu vi sinh cao vượt tiêu chuẩn chất lượng nước mặt sử
dụng làm nước cấp. Với tình hình như hiện nay, nếu không có những biện pháp mạnh mẽ thì chất
lượng nước sông Sài Gòn sẽ ngày càng ô nhiễm nặng.
1.3.3 Số liệu phân tích thành phần nước thải đô thị [3, 4]
Bảng 1.1. Đặc tính của nước thải sinh hoạt
Nồng độ (mg/l)
Chỉ tiêu
Cao Trung bình Thấp
BOD
5
400 220 110
COD
1000 500 250
Đạm hữu cơ
35 15 8
Đạm amôn
50 25 12
Đạm tổng số
85 40 20
Lân tổng số
15 8 4
Tổng số chất rắn
1200 720 350
Chất rắn lơ lửng
- - 13.10
6Nguồn: (1) A.Raman and others–Lowcost Waste Treatment, CPHERI, Nagpur, 1972
(2) F.valdez-Zamudio, Science of the total Environment 2,406 (1974)
(3) A.Meron and others- Journal of the Water Polltion Control Federation 37,1657 (1965)
(4) Báo cáo đề tài NCKH B94-34-06 ‘Mô hình các trạm XLNT công suất nhỏ trong điều
kiện ViệtNam, “Hà Nội tháng 12, 1995 [9]
Bảng1.3. Thành phần nước thải sinh hoạt khu dân cư
Chỉ tiêu Trong khoảng
Khu Kim Liên
Hà Nội (4)
Tổng chất rắn (TS), mg/l
350 - 1..200 720
- Chất rắn hòa tan (TDS),
mg/l
250 – 850 500
- Chất lơ lửng (SS), mg/l
100 – 350 220
BOD
5,
, mg/l
110 – 400 220
Tổng nitơ, mg/l
20 – 85 40
- Nitơ hữu cơ, mg/l
8 – 35 15
tắc các đường ống dẫn, xử lí sinh hóa nước thải, xử lí cặn bã.
- Bể lắng tách các chất lơ lửng có trọng lượng riêng khác với trọng lượng riêng của nước thải.
Chất lơ lửng nặng sẽ từ từ lắng xuống đáy, các chất nhẹ hơn sẽ nổi lên bề mặt, nhờ các thiết bị thu gom
và vận chuyển lên c
ông trình xử lí cặn.
- Bể tách dầu mỡ dùng để loại các tạp chất nổi có khối lượng riêng nhỏ hơn nước (dầu, mỡ) khỏi
nước thải, nhất là nước thải công nghiệp. Điều này giúp cho các quá trình xử lí sinh học không bị ảnh
hưởng.
- Bể lọc dùng để tách các tạp chất phâ
n tán có kích thước nhỏ ra khỏi nước thải mà các bể lắng
không thể loại được chúng. Người ta tiến hành bằng cách cho nước thải đi qua lớp vật liệu lọc, chủ yếu
dùng cho nước thải công nghiệp.
1.4.2 Phương pháp hóa học
Phương pháp hóa học thường được áp dụng để xử lí nước thải công nghiệp. Người ta đưa vào
nước thải chất phản ứng nào đó để khử các chất hòa t
an, biến đổi hóa học, gây tác động với các tạp
chất bẩn.
Phương pháp này dùng để xử lí sơ bộ trước xử lí sinh học hoặc xử lí nước thải lần cuối trước khi
thải ra môi trường.
- Phương pháp trung hòa dùng để đưa nước thải chứa các axit vô cơ hoặc kiềm về trạng thái
trung tính có pH từ 6,5 - 7,5. Phương pháp này có thể thực hiện bằng nhiều cách khác nha
u: bổ sung
thêm các tác nhân hóa học, lọc qua vật liệu có tác dụng trung hòa, sử dụng khí axit trung hòa nước thải
kiềm, trộn lẫn nước thải axit với nước thải kiềm, trung hòa nước thải axit bằng nước vôi là biện pháp rẻ
và dễ nhất.
- Phương pháp keo tụ dùng để làm trong và khử màu nước thải bằng cách dùng các chất keo tụ
(muối sắt, muối nhôm, vôi, phèn…) và chất trợ keo tụ để liên kết các chất rắn dạng lơ lửng và keo
trong nước thải thành những bông có kích thước lớn hơn.
- Phương pháp ôzôn hóa dùng để khử các tạp chất nhiễm bẩn, khử màu, các vị lạ và m
ùi của
- Những công trình xử lí sinh học trong điều kiện tự nhiê
n: cánh đồng tưới, bãi lọc, hồ sinh
học..., quá trình xử lí diễn ra chậm.
- Những công trình xử lí sinh học trong điều kiện nhân tạo: bể lọc sinh học, bể aeroten…, quá
trình xử lí diễn ra nhanh và cường độ mạnh hơn.
1.5 Các biện pháp sinh học xử lý nước thải
1.5.1 Điều kiện để xử lí nước thải bằng biện pháp sinh học[(13, 16]
Nước thải phải là môi trường sống của quần thể vi sinh vật phân hủy các chất hữu cơ có trong
nước thải. Do đó:
- Nước thải chứa thành phần các chất hữu cơ hòa tan, dễ bị oxi hóa hoặc các hạt keo phân tá
n
nhỏ và một số khoáng chất làm nguồn dinh dưỡng cho các vi sinh vật.
- Nồng độ các chất độc hại, các kim loại nặng phải nằm trong giới hạn cho phép với vi sinh vật.
Khi xử lý nước thải phải điều chỉnh nồng độ các chất này sa
o cho phù hợp để vi sinh vật có thể phát
triển.
- Nước thải đưa vào xử lí sinh học có hai thông số đặc trưng là BOD và COD. Tỉ số của hai
thông số này là: COD/BOD ≤ 2, BOD/COD ≥ 0,5 thì đưa vào xử lí sinh học hiếu khí. Nếu COD lớn
hơn BOD nhiều lần thì phải qua xử lí sinh học kị khí, trong quá trình xử lý một phần lớn chất hữu cơ
khó phân hủy có thể chuyển thành dễ phân hủy (tức là từ COD BOD).
Ngoài ra, các điều kiện môi trường như lượng oxi, pH, nhiệt độ của nước thải nằm trong giới
hạn nhất định để bảo đảm sự sinh trưởng, phát triển bình thường của các vi sinh vật tham gia trong xử
lý nước thải.
1.5.
2 Thành phần sinh học của nước thải [5, 13, 22, 27, 32]
1.5.2.1 Vi sinh vật
- Vi sinh vật gồm có vi khuẩn, nấm mốc, nấm men, xạ khuẩn, virut. Chúng nhiễm vào nước từ
các nguồn thải sinh hoạt, nguồn thải bệnh viện, bụi trong không khí rơi vào, đặc biệt là các nguồn phân
người, động vật. Trong đó vi khuẩn chiếm tỉ lệ cao nhất.
- Vi sinh vật (chủ yếu là vi khuẩn) sử dụng các chất ô nhiễm làm n
1.5.3 Vai trò vi sinh vật trong xử lí nước thải
Vi sinh vật trong nước thải hầu hết là vi sinh vật hoại sinh và dị dưỡng. Chúng phân hủy các
chất hữu cơ, các hợp chất nhiễm bẩn nước đến sản phẩm cuối cùng là CO
2
và nuớc cùng NH
3
trong
điều kiện hiếu khí hoặc tạo thành các loại khí khác ( CH
4
, NH
3
, H
2
S, indol, mercaptan, scatol, N
2
…)
trong điều kiện kị khí, ngoài ra còn thấy có các loại khí NO
2
, NO
3
-
, N
2
O, N
2
...
Trong nước thải, các chất nhiễm bẩn chủ yếu là các chất hữu cơ hòa tan, ngoài ra còn có các
chất hữu cơ ở dạng keo và phân tán nhỏ ở dạng lơ lửng. Các dạng này tiếp xúc với bề mặt tế bào vi
khuẩn bằng cách hấp phụ hay keo tụ sinh học, sau đó sẽ xảy ra quá trình dị hóa và đồng hóa.
Như vậy quá trình làm sạch nước thải gồm ba giai đoạn sau:
2
, nước cùng một số vật liệu tế bào; pha nitơ
- phân hủy các hợp chất hữu cơ có chứa N trong phân tử và giải phóng ra NH
3
hay NH
4
+
(là nguồn nitơ
dinh dưỡng được vi sinh vật sử dụng trực tiếp cho xây dựng tế bào), trong pha này các quá trình phân
hủy protein xảy ra lần lượt từ protein polypeptit oligopeptit axit amin NH
3
.
Lượng NH
3
được tạo ra không được dùng hết cho xây dựng tế bào sẽ được các loại vi khuẩn
tham gia chuyển hóa trong điều kiện hiếu khí và vi hiếu khí.
+ Ở điều kiện hiếu khí:
Vi khuẩn Nitrosomonas chuyển NH
3
thành NO
2
-
và từ NO
2
-
chuyển thành NO
3
-
nhờ vi khuẩn
Nitrobacter.
+ Pha axit: hidratcacbon dưới tác dụng của các enzim thủy phân do vi sinh vật tiết ra sẽ bị phân
hủy và tạo thành các axit hữu cơ có phân tử lượng thấp. Một phần axit béo cũng chuyển thành axit hữu
cơ. Cuối pha, axit hữu cơ và các chất tan chứa nitơ tiếp tục bị phâ
n hủy thành các hợp chất amon,
amin, muối của axit cacbonic, hỗn hợp khí CO
2
, N
2
, CH
4
, H
2
… nên pH của môi trường tăng lên và từ
axit chuyển sang trung tính và kiềm. Mùi rất khó chịu do trong hỗn hợp khí thối có chứa H
2
S, indol,
scatol và mercaptan.
+ Pha kiềm - pha tạo khí CH
4
: các sản phẩm thủy phân của pha axit làm cơ chất cho lên men
metan và được tạo thành CO
2
, CH
4
, pH chuyển hoàn toàn sang kiềm, các khí thối sinh ra nhiều hơn.
Tham gia vào quá trình lên men metan có tới hàng trăm loài vi khuẩn kị khí bắt buộc và không
bắt buộc. Thời gian lên men khá dài, với các điều kiện tối ưu và ở nhiệt độ 45 - 55
0
C thời gian lên men
khoảng 10 - 15 ngày, nếu nhiệt độ thấp hơn thì thời gian lên men lên tới hàng tháng hoặc vài tháng.
hợp khối các biện pháp sinh học.
1.5.
4.1 Xử lí bằng hồ sinh học [5, 10, 13, 17 ]
Trong số những công trình xử lí trong điều kiện tự nhiên thì hồ sinh học được sử dụng rộng rãi
hơn cả.
Hồ sinh học còn được gọi là hồ oxi hóa hoặc hồ ổn định
Xử lí nước thải ở hồ sinh học là lợi dụng quá trình tự làm sạch của hồ tiếp nhận nước thải.
Lượng oxi cho quá trình sinh hóa
chủ yếu là do không khí xâm nhập qua mặt thoáng hồ và do quá trình
quang hợp của thực vật nước.
Quá trình tự làm sạch của nước liên quan đến hoạt động sống của giới thủy sinh. Quá trình hoạt
động sống của chúng dựa trên quan hệ cộng sinh (hoặc hội sinh) của toàn bộ quần thể sinh vật có trong
nước. Theo chiều sâu của ao hồ sẽ chia ra thành 3 vùng: vùng kị khí ở đáy, vùng kị khí tùy nghi ở giữa
và vùng hiếu khí. Các vùng có các khu hệ vi sinh vật tương ứng (chủ yếu là vi khuẩn).
Các vi sinh vật phân hủy các chất hữu cơ thành các chất vô cơ (khoáng hóa) cung cấp cho các
thực vật thủy sinh, trước hết là tảo. Tảo và các thực vật thủy sinh (rong đuôi chó, rong xương cá, lau
lác, các loại bèo…) là giá thể để vi sinh vật bám vào, cung cấp oxi cho vi khuẩn hiếu khí và những
hoạt chất sinh học cần thiết; ngược lại vi khuẩn cung cấp cho thực vật những sản phẩm trao đổi chất
của mình (CO
2
, NH
4
+
, photphat) và che chở vi khuẩn khỏi bị chết dưới ánh nắng mặt trời. Để hồ sinh
học làm việc bình thường cần duy trì pH và nhiệt độ tối ưu.
Hồ sinh học được phân thành các loại sau:
+ Hồ oxi hóa cấp ba - hồ làm sạch lần cuối.
+ Hồ được sục khí.
+ Hồ oxi hóa hiếu - kị khí hay hồ oxi hóa tùy tiện.
phản ứng hiếu khí - bể aeroten, mương oxi hóa, bể oxiten, giếng trục sâu.
Các công trình xử lí kị khí với giải pháp vi khuẩn ở trạng thái lơ lửng qua lớp cặn lơ lửng trong
bể UASB, hỗn hợp bùn kị khí trong bể hấp thụ chất hữu cơ hòa tan trong nước thải, phân hủy và
chuyển hóa chúng thành khí (70 - 80% CH
4
và 20 - 30% CO
2
) và nước. Các hạt bùn cặn bám vào các
bọt khí được sinh ra nổi lên trên các bề mặt làm xáo trộn và gây ra dòng tuần hoàn cục bộ trong lớp cặn
lơ lửng, khi hạt cặn nổi lên va phải tấm chắn bị vỡ ra, khí thoát lên trên, cặn rơi xuống dưới.
1.5.4.3 Xử lí bằng màng sinh học [7, 13, 17]
Màng sinh học là tập hợp những vi sinh vật khác nhau (vi khuẩn, nấm và động vật nguyên sinh)
có hoạt tính oxi hóa các chất hữu cơ có trong nước khi tiếp xúc với màng. Phần lớn các vi sinh vật, các
hợp chất hữu cơ, muối khoáng và oxi có khả năng xâm chiếm bề mặt của một vật rắn (vật liệu lọc: cát,
sỏi, đá, than gỗ...). Các chất hữu cơ trong nước thải được các vi khuẩn sử dụng để thực hiện phâ
n hủy
tạo CO
2
và H
2
O. Màng sinh học được tạo thành chủ yếu là các vi khuẩn hiếu khí, ngoài ra còn các vi
khuẩn tùy tiện và kị khí. Quần thể vi sinh vật của màng sinh học có tác dụng như bùn hoạt tính.
Mặc dù màng sinh học rất mỏng nhưng cũng được chia thành các lớp với các đặc trưng vi sinh
vật riêng:
+ Ngoài cùng là lớp hiếu khí dầy nhất, rất dễ thấy loại trực khuẩn Bacillus.
+ Lớp trung gian là các vi khuẩn tùy tiện mỏng hơn, điển hình như: Pseudom
onas, Alcaligenes,
Flavobacterium, Micrococcus, Bacillus.
+ Lớp sâu bên trong màng là lớp kị khí mỏng nhất, có các vi khuẩn kị khí khử lưu huỳnh và khử
nitrat Desulfovibrio, ngoài ra còn có động vật nguyên sinh và các sinh vật khác.
bể hiếu khí...). Xử lí nước thải bằng hệ thống nà
y sẽ tách được một lượng lớn photpho ra khỏi nước
thải dưới dạng polyphotphat trong bùn dư, và khử được nitrat trong các bể thiếu khí.
1.6 Aeroten và kĩ thuật bùn hoạt tính [13, 23, 14, 22, 29]
1.6.1. Đặc điểm và nguyên lí làm việc của aeroten
Aeroten là công trình xử lí hiếu khí nước thải bằng bùn hoạt tính. Nước thải chảy qua suốt chiều
dài của bể aeroten và được sục khí, khuấy đảo nhằm tăng cường lượng oxi hòa tan và tăng cường quá
trình oxi hóa các chất bẩn hữu cơ c
ó trong nước.
Nguyên lí của phương pháp là sử dụng các vi sinh vật hiếu khí dưới dạng bùn có hoạt tính phân
hủy các chất hữu cơ ở điều kiện có oxi hòa tan liên tục.
Quá trình oxi hóa các chất bẩn hữu cơ xảy ra trong aeroten qua ba giai đoạn:
- Giai đoạn 1 :
Cấu trúc aeroten phải thỏa mãn ba điều kiện:
+ Giữ được liều lượng bùn cao trong aerote
n.
+ Cho phép vi sinh vật phát triển liên tục ở giai đoạn “ trẻ “.
+ Bảo đảm lượng oxi cần thiết của vi sinh ở mọi điểm trong aeroten.
- Giai đoạn 2: vi sinh vật phát triển ổn định và tốc độ tiêu thụ oxi gần như ít thay đổi. ở giai đoạn này
các chất bẩn hữu cơ bị phân hủy nhiều nhất.
Hoạt lực enzym của bùn hoạt tính trong giai đoạn này cũng đạt tới mức cực đại và ké
o dài trong
một thời gian tiếp theo.
Điểm cực đại của enzym oxi hóa của bùn hoạt tính thường đạt ở thời điểm sau khi lượng bùn
hoạt tính đạt mức ổn định.
- Giai đoạn 3: sau một thời gian tốc độ oxi hóa hầu như ít thay đổi và có chiều hướng giảm, lại thấy tốc
độ tiêu thụ oxi tăng lên. Đây là giai đoạn nitrat hóa.
Sau cùng, nhu cầu oxi lại giảm
, quá trình làm việc của aeroten kết thúc.
1.6.2. Bùn hoạt tính
Zooglea
Acinetobacter
Nitrosomonas
Nitrobacter
Sphaerotilus
Alcaligenes
Flavobacterium
Nitrococcus denitrificans
Thiobacilus denitrificans
Acinetobacter
Hyphomicrobium
Desulfovibrio
Phân hủy hidratcacbon, protein, các chất hữu cơ khác và phản nitrat hóa
Phân hủy hidrocacbon
Phân hủy hidrocacbon, protein...
Phân hủy các polyme
Tạo thành chất nhầy (polysacarit), hình thành chất keo tụ
Tích lũy polyphosphat, phản nitrat
Nitrit hóa
Nitrat hóa
Sinh nhiều tiên mao, phân hủy các chất hữu cơ
Phân hủy protein, phản nitrat hóa
Phân hủy protein Phản nitrat hóa (khử nitrat thành N
2
)
Dan Region có công suất 500.000m
3
/ngđ vận hành tự động, diện tích phục vụ 220km
2
tương đương với
1,7 tiệu người. Công nghệ sử dụng là bùn hoạt tính, kết hợp hai quá trình nitrat hóa và phản nitrat hóa,
nước sau xử lý được lọc qua một số qui trình khác để có thể phục vụ cho tưới tiêu nông nghiệp hoặc
các mục đích sử dụng khác.
Trong xử lý nước thải bằng công nghệ bùn hoạt tính, các quốc gia không ngừng nâng cao công
nghệ nhằm tìm ra biện pháp xử lý hiệu quả mà lại ít tốn chi phí nhất.
Giáo sư Yasuzo Sakai thuộc Khoa
hóa học ứng dụng tại Đại học Utsunomiya (Nhật Bản) và các cộng sự đã bổ sung một lượng nhỏ bột
manhetit (Fe
3
O
4
) vào bùn hoạt tính tạo thành bùn hoạt tính nhiễm từ làm giảm chi phí đáng kể khi xử
lý nước thải, GS đã xây dựng một nhà máy pilot theo công nghệ mới này với dung tích 16m
3
và từ năm
2003 đến hè năm 2005 nhà máy đã hoạt động đúng như tính toán lý thuyết ( theo Chemical &
Engineering News, 12/2005).Hiện nay có rất nhiều công nghệ xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học khác nhau, thế nhưng
các quốc gia vẫn rất chú trọng đến công nghệ bùn hoạt tính vì những lợi ích mà nó đem lại.
1.7.2. Ở Việt Nam
Nền kinh tế Việt Nam đang trong giai đoạn phát triển với sự xuất hiện của nhiều ngành công
nghiệp khác nhau, cùng với đó là nhu cầu sử dụng nước tăng dần, nếu không tận dụng đư
/ngày, tiếp nhận và xử lý toàn bộ nước thải sinh hoạt và công nghiệp của KCN đảm bảo đủ tiêu
chuẩn trước khi thải ra hệ thống thoát chung của khu vực. Trạm xử lý này được sử dụng công nghệ “xử
lý sinh học hiếu khí bằng bùn hoạt tính”, kết quả là nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn môi trường
TCVN 5945 - 2005 loại A.
Ở các đô thị lớn như Tp.HCM, Hà Nội, Đà Nẵng … cũng đều có các nhà m
áy xử lý nước thải
tập trung mặc dù số lượng các trạm xử lý này vẫn chưa đáp ứng xử lý toàn bộ nước thải, nhưng đó
cũng là một tín hiệu tốt thể hiện sự quan tâm của xã hội đối với môi trường. Ở Tp.HCM nhiều nhà máy
xử lý nước đã đang và sẽ đi vào hoạt động, như nhà máy xử lý nước thải tại xã Bình Hưng, huyện Bình
Chánh theo công nghệ bùn hoạt tính đư
ợc xây dựng với nguồn vốn ODA, công suất dự kiến
141.000m
3
/ngđ, dự tính sẽ khánh thành vào tháng 12/2008. CHƯƠNG II
VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIấN CỨU
2.1. Địa điểm nghiên cứu
2.1.1. Địa điểm lấy mẫu nước thải
Cống xả Nguyễn Biểu, quận 5, Tp.HCM từ cụm dân cư thải xả ra kênh Tàu Hũ.
2.1.2. Nơi tiến hành thí nghiệm
- Phòng thí nghiệm vi sinh, sinh hóa trường ĐHSP Tp.HCM.
- Khu vực đặt mô hình aeroten trong vườn trường.
2.2. Các dụng cụ, thiết bị và hóa chất dùng trong nghiên cứu
2.2.1. Dụng cụ, thiết bị
Cr
2
O
7
: Đức NaOH: Việt Nam
Fe(NH
4
)SO
4
.6H
2
O: Muối Morh KI: Trung Quốc
FeCl
3.
6H
2
O: Đức I
2
: Trung Quốc
CaCl
2
: Việt Nam HgSO
4
: Trung Quốc
Tinh bột tan: Trung Quốc Na
2
SO
3
: Việt Nam
CMC: Trung Quốc Casein:
2.3.3. Môi trường Hansen
Glucose 50g
Peptone 10g
Cao men 3g
KH
2
PO
4
3g
MgSO
4
.7H
2
O 3g
Agar 15g
Nước cất 1000ml
pH = 7 khử trùng 30 phút ở 1 atm
2.3.4. Môi trường thử hoạt tính amylase, protease, cellulase của vi khuẩn
Môi trường cơ sở
Copyright: Tài liệu đại học ©